Разработка установки для кристаллизации лактозы с воздушным охлаждением и подогревом

• Автор: Качалова, Елена Александровна
• Шифр специальности: 05.18.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Вологда- Молочное
• Количество страниц: 173 с. : ил.

Введение

1 Состояние вопроса и задачи исследования

1.1 Конструкции кристаллизаторов, применяемых для получения молочного сахара

1.2 Анализ существующих теоретических представлений о процессе кристаллизации

1.3 Факторы, определяющие процесс кристаллизации лактозы при производстве молочного сахара

1.4 Устройство барботажных кристаллизаторов

1.5 Устройства для охлаждения воздуха

1.6 Задачи исследований

2 Теоретические исследования гидро и термодинамики межфазных взаимодействий при кристаллизации лактозы с воздушным барботажным охлаждением кристаллизата

2.1 Новая модель роста одиночного сфероидного кристалла,

I гадающего в пересыщенном растворе

2.2 Анализ гидро и термодинамических условий процесса барботирования воздуха в кристаллизат
3 Моделирование процесса кристаллизации лактозы при охлаждении путем непосредственного барботирования холодного воздуха в кристаллизат
3.1 Экспериментальная установка и методики экспериментальных исследований
3.2 Результаты сравнительных исследований процесса кристаллизации лактозы при охлаждении путем непосредственного барботирования холодного воздуха
3.3 Экспериментальные исследования процесса теплопередачи при охлаждении путем непосредственного барботирования холодного воздуха в кристаллизатор
4 Создание опытной установки и методики исследований
4.1 Устройство и принцип действия опытной барботажной установки для кристаллизации молочного сахара
4.2 Изоляция кристаллизатора
4.3 Получение холодного и горячего воздуха
4.4 Методики экспериментальных исследований
5 Экспериментальные исследования
5.1 Термодинамические испытания кристаллизатора с воздушным охлаждением и подогревом
5.2 Исследование изменения содержания сухих веществ в кристаллизате
5.3 Поиск оптимальных условий работы кристаллизатора с воздушным охлаждением и подогревом
6 Разработка опытной установки для кристаллизации лактозы с воздушным охлаждением и подогревом
6.1 Методика инженерного расчта опытного образца установки для кристаллизации лактозы с воздушным охлаждением и подогревом
6.2 Пример инженерного расчта опытного образца установки для кристаллизации лактозы с воздушным охлаждением и подогревом вместимостью 1т
Список литературных источников


Полагают, что рост кристаллов определяется, по крайней мере, двумя процессами диффузией строительных частиц к поверхности растущего кристалла и введением их в структуру кристаллической решетки. Последний процесс, в свою очередь, разделяют на несколько этапов адсорбция частицы поверхностью, миграция ее вдоль поверхности и ее непосредственное внедрение в кристаллическую решетку. Таким образом, на рост кристаллов влияют те факторы, которыми определяются вышеперечисленные процессы. К этим факторам относятся температура, интенсивность перемешивания раствора, наличие в нем примесей, степень пересыщения раствора, вязкость и т. Сложная зависимость скорости роста кристаллов от различных факторов привела к разработке большого числа теорий роста . Однако до сих пор нет единого мнения, позволяющего адекватно объяснить все многообразие процесса кристаллизации. Первой теорией, которая объясняла лишь равновесную форму образующихся кристаллов, явилась термодинамическая теория, предложенная Гиббсом, Кюри, а затем и Вульфом. Гиббс полагал, что всякая изолированная система абсолютно устойчива и стабильна, если при любом бесконечно малом изменении ее состояния, энтропия остается неизменной или уменьшается. Если же при некоторых конечных изменениях состояния энтропия возрастает, то система является относительно устойчивой. К таким системам относятся пересыщенный раствор, энтропия которого в результате кристаллизации возрастает на конечную величину. Согласно этой теории кристалл принимает такую форму, при которой его свободная поверхностная энергия минимальна, при этом кристалл данного вещества может иметь только одну, характерную для него, форму, что противоречит известным экспериментальным фактам о влиянии степени пересыщения, температуры и т. Таким образом, термодинамическая теория не объясняет конечных форм кристалла, что отмечал и сам Гиббс. Она справедлива лишь для микроскопических кристаллов, находящихся в равновесии с раствором. По мерс увеличения размера кристалла, роль поверхностной энергии в значении полного термодинамического потенциала уменьшается. Перстом была предложена диффузионная теория кристаллизации, согласно которой скорость роста кристалла лимитируется процессом диффузии молекул растворенного вещества к поверхности кристалла. Он полагал, что поверхность кристалла покрыта тонким слоем неподвижного раствора, в котором концентрация снижается от средней величины в растворе до концентрации насыщения на самой поверхности кристалла. Этот поверхностный слой толщиной 5 и создает основное сопротивление для диффузионного перехода кристаллизующегося вещества из пересыщенного раствора на поверхность растущего кристалла. Справедливость диффузионной теории была доказана И. Экспериментально установлено, что повышение скорости движения раствора относительно поверхности кристалла увеличивает скорость его роста . Некорректность диффузионной теории проявилась в недостоверности ее данных относительно процесса растворения, являющегося обратным процессу кристаллизации. Бертауд, а затем и Валетон предприняли попытку усовершенствовать диффузионную теорию кристаллизации с позиции распределения концентрации в диффузионном слое, однако, это не позволило объяснить всех особенностей роста кристаллов, например их огранку плоскостями , . Следующим этапом в развитии теории кристаллизации явилась попытка объяснить явления дислокаций на поверхности кристаллов. Гиббса о скачкообразном росте кристаллов. Эта теория исходит из ряда упрощающих предпосылок не учитывается влияние среды, предполагается, что рост кристалла происходит при очень небольших пересыщениях, а кристалл обладает идеальной структурой и т. О.М. Тодесом и С. З. Рогинским , разработана аналогичная теория послойного роста кристаллов через двухмерные зародыши. Теории послойного роста кристаллов получили многостороннее экспериментальное подтверждение и наблюдалась многими авторами , однако, они предполагают, что толщина нарастающего слоя имеет порядок размера молекул и не могут объяснить наблюдаемый экспериментально факт, что толщина нарастающего слоя в действительности составляет тысячи молекулярных слоев , , .